城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園的低碳化技術路線探索

紀莎莎，唐建國，張悅，勵建全，劉宙

（1. 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海 200210；2. 中國木土工程學會水工業分會，北京 100000）

城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園的低碳化技術路線探索

紀莎莎1，唐建國1，張悅2，勵建全1，劉宙1

（1. 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海 200210；2. 中國木土工程學會水工業分會，北京 100000）

當前，我國生態環境日益惡化，減排壓力巨大，城市生活廢棄物帶來的環境負面影響突出。針對不斷凸顯的“鄰避”效應挑戰，如何優化配置城市生活廢棄物處理設施，保證城市具有良好的市容市貌及居住環境，是亟需研究解決的重要課題。本文提出一種低碳化的城市生活廢棄物綜合處理技術路線，其以建設城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園為平臺，以設置各類再生資源利用設施為核心，通過生活廢棄物分類預處理、化石能源替代、碳匯基地培養等一系列低碳化技術的應用，達到溫室氣體減排效益最大化，為城市提供“環境保護—氣候減排—經濟增長”的三贏模式，確保其環境和經濟的協調發展。

生活廢棄物；低碳；靜脈產業園區；循環利用

1 園區定義及模式

《靜脈產業類生態工業園區標準（試行）》（HJ/ T275—2006）（以下簡稱《標準》）將靜脈產業定義為：“以保障環境安全為前提，以節約資源、保護環境為目的，運用先進的技術，將生產和消費過程中產生的廢棄物轉化為可重新利用的資源和產品，實現各類廢物的再利用和資源化的產業。包括廢物轉化為再生資源及將再生資源加工為產品兩個過程”。靜脈產業的實踐形式，是以從事靜脈產業生產的企業為主體建設的園區。靜脈產業園區的建設內容主要涉及生活、生產和消費過程中的各種廢棄物，通常包括廢鋼鐵、廢有色金屬、廢塑料、廢舊輪胎、廢紙、廢棄電子電器產品、報廢汽車以及報廢船舶八大類[1,2]。本文根據靜脈產業園區所從事的產業、容納的廢棄物種類和與上下游產業鏈關系，對國內現有的園區模式進行劃分，如圖1所示，主要包括靜脈串聯、動脈銜接模式以及綜合靜脈產業模式[3]。目前，集合危險廢物處理處置、生活垃圾處理處置等設施的園區正在成為靜脈產業園的新興模式[4]，本文所提出的城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園區正是此種模式的拓展和延伸。

生活廢棄物主要包括生活垃圾、餐廚垃圾、污泥、糞便、園林綠化垃圾以及建筑垃圾。對于生活廢棄物而言，其產生的不可避免性要求每個城市都應配備相應的處理設施，以保證城市具有良好的市容市貌及居住環境。另外，由于公眾“鄰避”心理導致生活廢棄物處理設施選址矛盾不斷凸顯，如何最大化地利用寶貴的土地資源，在保證環境安全的前提下，實現不同功能的處理設施統一布局，成為城市管理者亟待解決的重要問題。

圖1 靜脈產業園區模式劃分

近期，國家住建部、發改委、國土資源部和環保部聯合發布《關于進一步加強城市生活垃圾焚燒處理工作的意見》，在“推進產業園區建設”一條中明確指出：積極開展靜脈產業園區、循環經濟園區、靜脈特色小鎮等建設，統籌生活垃圾、建筑垃圾、餐廚垃圾等不同類型垃圾處理，形成一體化項目群，降低選址難度和建設投入。

鑒于此，城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園區應運而生，以應對中國城市在生活廢棄物處理處置方面面臨的巨大挑戰，其通過合理、高效的技術路線，設置各類廢棄物處理及再生資源利用設施，為城市生廢棄物提供綜合解決方案。園區在完成廢棄物“無害化、減量化、資源化”的同時，以“低碳”理念統籌整個園區的建設和運營，確保建設用地、能源和水資源消耗以及碳排放總量得到有效控制，力求通過系統布局、優化設計形成技術先進、環境友好的靜脈產業園區，實現園區內廢棄物處理，園區外資源利用的目標。

2 園區技術路線選擇

圖2描繪了城市生活廢棄物綜合處理靜脈產業園區技術路線。城市廢水通過處理成為再生水，可將其運用于城市道路、車輛沖洗、景觀補水以及苗木澆灌等。城市有機廢棄物以厭氧處理技術為核心，得到生物質能源——沼氣和生物炭土，其中，沼氣的“捕獲”和利用可有效減少溫室氣體排放，生物炭土通過“移動森林”加以利用，在實現苗木對碳的“固定”的同時產生碳匯效應。生活垃圾經末端干濕分離后，濕垃圾助力厭氧消化，干垃圾焚燒產能。城市建筑垃圾經拆解分選后獲得再生材料，可實現物質的再循環。

2.1 生活垃圾

在我國，大部分中小型城市的生活垃圾一般以易腐有機物和渣土為主。隨著城市經濟、社會的發展，人民生活水平和天然氣氣化率的逐步提高，生活垃圾中有機物及可回收物比例不斷增加，渣土比例逐年下降。但由于生活垃圾總體含水率較高，其熱值仍無法滿足其直接焚燒，因此在生活垃圾處理處置路線中提出“預處理+焚燒”兩段相結合的方式。

2.1.1 預處理

傳統生活垃圾分選就是將生活垃圾中各種可回收利用的組分和不利于后續處理工藝要求的組分采用適當技術分離出來的過程。但是我國大多數城市生活垃圾組分復雜、不穩定，且有機質含量較高、含水率高，導致分選工藝流程復雜，且由于工作面較大導致臭氣逸散后難以處理。

生活垃圾高壓壓榨干濕分質分類預處理采用高壓（800～1000個大氣壓）機械擠壓的方法，對原生垃圾進行物理分離。與傳統垃圾分選工藝相比，此技術側重于在垃圾前處理流程上進行改進，將含水率高、熱值低的原生垃圾進行物理干濕分離。該技術是對我國垃圾源頭干濕分離不到位的一種彌補，也是適合我國國情的一種垃圾分類方法。通過此方法，垃圾濕組分含有較高的有機質，可為厭氧消化提供豐富的物料，并有效提高沼氣產量；干組分因含水率大幅度下降，不但減量化明顯，熱值也有所提高，為后續處理帶來極大的便利。值得注意的是，當生活垃圾中含有大量的渣土等非可燃性固體廢物時，可考慮在高壓壓榨干濕分質分類預處理前對生活垃圾進行初步分選，將分選出的非可燃性固體廢物送入建筑垃圾處理廠，與建筑垃圾一同處理。

圖2 低碳靜脈產業園區規劃總體思路

2.1.2 焚燒

垃圾焚燒工藝是我國目前除填埋之外應用最廣且穩定性最好的垃圾處理工藝，其減容效果最好（一般減容90%，減重70%以上），可使腐敗性有機物和難以降解而造成公害的有機物燃燒成為無機物和二氧化碳，而病原性生物在高溫下死滅殆盡，使垃圾變成穩定的、無害的灰渣類物質。垃圾焚燒發電是通過垃圾干燥、燃燒和燃燼三個階段，讓垃圾在850℃～1100℃的高溫下充分燃燒。焚燒垃圾產生的高溫煙氣在余熱鍋爐中進行熱交換，產生過熱蒸汽，推動汽輪發電機組產生電能。電能通過電網，輸送到各地，實現了垃圾資源化處理。

2.2 城市有機廢棄物

城市有機廢棄物處理對象主要包括污泥、糞便、餐廚垃圾以及生活垃圾濕組分等，該混合廢棄物的特點為物料成分復雜，不同物料之間性質差別較大，需要尋找一種主體工藝對不同有機廢棄物進行協同處理，以降低系統投資和運行費用。厭氧消化對于以上有機廢棄物均是可行的處理工藝，其中生活垃圾有機漿液用于厭氧消化，每噸物料可產生沼氣110 m3以上[5]。除此之外，餐廚垃圾與污泥共消化也有著獨特的優勢，兩者之間可以建立一種良性互補。根據以上分析可知，厭氧消化將作為城市有機廢棄物處理處置的核心環節，為進一步提升反應速率，提高產出，降低能耗，需建立一個與整個處理系統前后環節配合合理、安全高效的預處理系統。

針對生活垃圾有機漿液及污泥和糞渣的混合物采用高溫熱水解的預處理方式，該技術是通過加熱的方法，在一定溫度和壓力下使污泥中的黏性有機物水解，破壞污泥的膠體結構，可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能[6]。除此之外，高溫熱水解預處理還具有以下特點[7]：①提高消化池固體負荷率及消化速率；②產沼量比傳統消化提高10%以上；③消化后污泥品質提高；④提高污泥脫水性能；⑤“碳足跡”少，已在歐洲成熟應用。

2.3 建筑垃圾

建筑垃圾主要來源為房產開發建筑工地、拆遷改造、房屋裝修等，主要成分由土、渣土、散落的砂漿和混凝土、磚石、包裝材料及裝飾、裝修產生的廢料、廢棄物組成。根據國家建筑垃圾處理產業技術政策，轉運調配、再生利用、回填、填埋垃圾處理技術及設備都有相應的運用條件，在堅持因地制宜、技術可行、設備可靠、適度規模、綜合治理和利用的原則下，可以合理選擇其中之一或適當組合。建筑垃圾應以資源循環化利用為主，以衛生填埋為保底措施，對于可以回填利用價值的工程渣土，可以做暫時儲備，當有利用價值后做轉運調配處理。主體工藝通過對建筑垃圾分級破碎、風選、磁選、篩分，回收廢舊鋼鐵、木材等廢舊物資，并生產出取代天然砂石的骨料。再生微粉料可作為混凝土制品生產車間的原料，用以生產墻體材料、地面材料、標準磚和多孔磚等。再生細、粗骨料可作為路基材料等。風選出的木頭、塑料、紙張等做資源回收。初級篩分出的黃土直接供給園林部門作為綠化用土，其余廢料定期無害化填埋。除此之外，再生骨料還可作為透水磚及河岸護堤的原材料，對海綿城市的發展具有重要推動作用。

3 溫室氣體減排與碳收益

當前，我國在碳減排方面，將重點集中在集約利用能源和開發清潔能源降低排放兩個方面。但就目前來看，常規的工業行業減排、能源結構減排對于任何城市來說，都是巨大的挑戰。城市廢棄物是每個城市必然產生也必須處理處置的一類廢棄物，在考慮其“減量化、資源化、無害化”的同時，應該站在更高、更遠的角度來討論其在溫室氣體減排上可做的工作，即通過選取合理的廢棄物處理路線，形成園區內的靜脈產業鏈，達到“綠色、低碳”的目的[8]。

本文將就不同技術路線所帶來的溫室氣體排放進行分析，如圖3所示，其中，方案A為靜脈園區所采取的低碳處理處置方式，方案B為常規處理處置方式。需要說明的是，城市有機廢物處置過程中所產生的沼氣或填埋氣均屬于生物質能，如果這部分生物質能通過能源利用并最終以CO2的形式進入環境中，則這部分溫室氣體被稱為“備案項”，不計入總排放中。但是如果這部分生物質能以非CO2的其他溫室氣體形態（如CH4、N2O等）進入環境，則需要按照不同的溫室熱效應計入溫室氣體總排放[9]。根據國家發改委《省級溫室氣體清單編制指南》（下稱《清單》）中的規定，生物質燃料燃燒主要核算CH4的排放，而對生物質轉化的CO2排放不納入項目排放總量中。除此之外，《清單》還規定廢棄物焚燒過程中的碳排放需要區分化石和生物成因，其中礦物碳焚燒氧化過程中產生的CO2計入清單總量中，生物質材料燃燒產生的CO2不計入清單總量。

通過對比可以看出，方案A中有溫室氣體排放可分為間接排放和直接排放兩種，其中間接排放主要是在生活垃圾高壓壓榨環節使用電能時，造成的燃煤電廠CO2的排放，直接排放分別是運輸過程中車用燃油導致的溫室氣體（CO2）排放、啟動燃煤焚燒導致的溫室氣體（CO2）排放以及生活垃圾干質組分焚燒導致的溫室氣體（CO2）排放；方案B中有5部分溫室氣體排放，分別是運輸過程中的車用燃油導致的溫室氣體（CO2）排放、脫水干化過程中化石能源消耗導致的溫室氣體（CO2）排放、城市有機廢棄物填埋過程中厭氧反應逸散的溫室氣體（CH4）、生活垃圾焚燒時啟動燃煤焚燒導致的溫室氣體（CO2）排放以及生活垃圾焚燒時導致的溫室氣體（CO2）排放。其中，脫水干化過程中化石能源消耗導致的溫室氣體（CO2）排放量巨大，而城市有機廢棄物填埋過程中厭氧反應逸散的CH4由于其具有較高的溫室氣體效益（GWP=25～28），也是不可忽視的重要部分。對于焚燒過程中生活垃圾的CO2排放，可以大致判斷不論是否通過高壓壓榨預處理，由于生活垃圾化石和生物成因不變，其焚燒后需要核算進清單的CO2排放量基本不變[10，11]。

從圖3中還可以看出，方案A的替代效應明顯。通過能量平衡計算，城市有機廢棄物通過高溫熱水解+厭氧消化后，其產出的沼氣通過提純，一部分（約占總量的2/5）作為沼氣鍋爐燃料，為熱水解提供全部能源，另一部分（約占總量的3/5）可以作為CNG氣源，為城市加氣用車提供能源。值得提及的是，采用方案A會使生活垃圾中的部分生物質進入厭氧反應器中，從而使這一部分碳以再生能源（甲烷）形式出現，或以固態形式存在于沼渣中，而不是通過簡單的焚燒生成CO2。

在新的全球氣候變化發展戰略下，碳循環以及能源再生利用將成為引導靜脈產業發展的新思路。根據上述分析，城市廢棄物有機部分的厭氧消化和能源化將成為靜脈產業園區實現碳效益的核心環節。值得注意的是，除溫室氣體減排效益外，靜脈產業園區還會產生以下環境效益[12,13]：①與汽油相比，采用天然氣的汽車顆粒物排放幾乎為零，氮氧化物、一氧化氮和碳氫化合物的排放顯著降低，在改善空氣質量方面有重要的意義；②移動森林苗木種植可有效推進造林綠化步伐，并可大幅減少合成化肥的施用，從而控制氧化亞氮排放；③城市綠色空間儲存和吸收的CO2，是重要的“碳匯”，采用生命周期分析方法可以對苗木的固碳能力進行動態估算，種植苗木固碳效應顯著，這也與國務院印發的《“十三五”控制溫室氣體減排工作方案》中所提到的“增加生態系統碳匯”相吻合。

4 結語

隨著人們對生態環境要求的提高，人們對于生態環境的改善意愿越來越強，生態環境的友好程度已經成為影響城市、區域競爭力的重要因素。低碳類靜脈產業園區綜合考慮各類城市廢棄物處理處置的技術先進性、工藝可行性和投資合理性，并將污染物治理、資源綜合利用、生態設計和可持續消費融為一體，形成固體廢物處理處置和固體廢物資源化的特殊產業集群。此類園區的建設將成為城市生態安全的屏障，不僅有利于提高環境質量、減少碳排放，也易于形成政府、企業、公眾共制的環境治理體系，為城市進一步釋放生態環境紅利打下有益基礎。

[1] 常杪, 郭培坤, 邵啟超. 中國靜脈產業園區發展模式與案例研究[J]. 四川環境, 2013, 32(5)： 118-124.

[2] 于文良. 城市靜脈產業發展模式及其資源效益和環境效益估計方法研究[D]. 西安： 西北大學, 2009.

[3] 岳思羽, 王軍, 劉贊, 等. 北九州生態園對我國靜脈產業園建設的啟示[J]. 環境科技, 2009, 22(5)： 71-74.

[4] 劉強, 張艷會. 園區化已經成為再生資源行業集約化發展的主要形態——再生資源產業基地(園區)發展現狀與趨勢[J]. 資源再生, 2011(12)： 11-14.

[5] 戴曉虎. 我國城鎮污泥處理處置現狀及思考[J]. 給水排水, 2012, 38(2)： 1-5.

[6] POTTS L G A, JOLLY M. Controlling and monitoring anaerobic digesters fed with thermally hydrolysed sludge[J]. Water and environment journal, 2004, 18(2)： 68-72.

[7] 成貝貝, 汪鵬, 趙黛青, 等. 低碳工業園區規劃方法和評價指標體系研究[J]. 生態經濟, 2013(5)： 126-128, 135-135.

[8] AECOM. 上海市城鎮污水處理廠污泥處理處置方案優化[R]. 2013.

[9] 付曉天, 鐘麗錦. 污泥資源化的環境—能源—經濟效益評估：以湖北省襄陽市魚梁洲污泥甲烷捕獲實踐為例[R]. 2015.

[10] 魏一鳴, 劉蘭翠, 范英, 等. 中國能源報告——碳排放研究[M]. 北京： 科學出版社, 2008.

[11] 趙磊, 陳德珍, 劉光宇, 等. 垃圾熱化學轉化利用過程中碳排放的兩種計算方法[J]. 環境科學學報, 2010, 30(8)：1634-1641.

[12] 盧娜. 土地利用變化碳排放效應研究[D]. 南京： 南京農業大學, 2011.

[13] EPA. U.S. Farm anaerobic digestion systems： a 2010 snapshot[EB/OL]： 2010. http：//www.epa.gov/agstar/ documents/2010_digester_update.pdf.

Exploration on Low Carbonization Technical Route of Municipal Waste Comprehensive Treatment Venous lndustry Park

JI Shasha1, TANG Jianguo1, ZHANG Yue2, LI Jianquan1, LIU Zhou1
(1. Shanghai Urban Construction Design & Research Institute (Group) Co.,Ltd, Shanghai 200210; 2.China Civil Engineering Society, Water Industry Sub-Council, Beijing 100000)

China faces worsening ecological environment problems and huge pressure of emission reduction at present. In order to solve the challenge of "Not-In-My-Back-Yard" psychology, how to optimize the disposing of municipal waste disposal facilities to ensure the city’s good appearance and living environments is an important subject for urgent research and solution. This paper proposes a low-carbon technical route for domestic waste comprehensive treatment, which is cored as the construction of domestic waste comprehensive treatment Venous Industrial Park, and sets up various types of renewable resource utilization facilities. Through a number of low-carbon technology applications, such as the pre-treatment of domestic waste, replacement of fossil energy, and carbon sequestration training, to achieve the maximum bene fi t of greenhouse gas emission reduction, and to provide a win-win-win model of "environmental protection - climate emission reduction - economic growth"for the city, ensure the coordinated development of its environment and economy.

domestic waste; low carbon; venous industrial park; cyclic utilization

X799.3；X324

1674-6252（2017）04-0034-06

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.04.034

紀莎莎（1985—），女，博士，主要從事城市固體廢棄 物處理處置研究，E-mail：jishasha@sucdri.com。